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(共42张PPT)
第3节 分子运动速
率分布规律
第一章
人教版 选择性必修第三册
气体分子运动的特点
01
分子运动速率分布图像
02
气体压强的微观解释
03
典例分析
04
新课导入
问题
伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。
如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。
重复几次实验你会发现，其分布情况遵从一定的规律。由此你能得到什么启发吗
实验启示
①必然事件:
在一定条件下，若某事件必然出现
②不可能事件:
若在一定条件下某件事不可能出现
在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现
③随机事件:
1.个别事件的出现有其偶然性
2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律---统计规律（statistical regularity）
大量分子的热运动也服从统计规律
分子的运动是无规则的，每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。
所以看起来无规则的分子热运动，也必定是有一定的规律的——统计规律。
想一想
大量分子的热运动服从统计规律，那么从统计学角度看，气体分子的热运动有些什么特点呢？
气体分子运动的特点
PART 01
气体分子运动分析
通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。
液体的分子
一个挨着一个地排列
气体的分子
距离大约是分子直径的10倍左右
液体变为气体后，体积要增大上千倍
质点
分子的大小相对分子间的空隙来说很小
分子间的作用力很弱
气体分子运动分析
分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子的数密度，通常用n 表示。
气体距离大约是分子直径的10倍左右
但分子的数密度仍然十分巨大
分子之间频繁地碰撞，
每个分子的速度大小和方向频繁地改变
分子的运动杂乱无章
在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有
而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。
虽然气体分子的分布比液体稀疏
气体分子运动分析
气体的分子
质点
气体充满它能达到的整个空间
在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有
而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等
气体分子运动的特点
（2）运动的无序性：大量气体分子永不停息地做无规则运动.就某一个分子而言,在某一时刻它向哪一个方向运动,完全是随机的.因此，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会(概率)是均等的.
（1）运动的自由性：气体很容易被压缩,说明气体分子之间的距离很大,分子间作用力很弱.因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,气体分子不受力在空间内自由移动.所以气体没有确定的形状和体积,其体积等于容器的体积.（气体分子不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整个空间。 ）
气体分子运动的特点
分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章。从统计规律上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
（3）大量分子运动的规律性：在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
1、(多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是( )
A．一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等
B．一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少
C．一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动，可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况
D．一定温度下的某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均速率可能减小
小试牛刀
BD
2、在一定温度下，某种气体的分子速率分布应该是(　 　)
A．每个气体分子速率都相等
B．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少
C．每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的
D．每个气体分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多
小试牛刀
B
想一想
大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,那么分子的速率是按怎样的规律分布？
分子运动速率分布图像
PART 02
气体分子速率分布
01
+ + + + + + + + + ＝100
+ + + + + + + + + ＝100
下表是氧气分子在0°C和100°C两种不同情况下的速率分布情况。
尽管大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却是按一定的规律分布
根据表格中的数据绘制图像
气体分子速率分布特征
02
根据温度为00C
根据温度为1000C
“温度越高， 越 ”
1、0°C和100°C氧气分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
2、0°C时，速率在300 400 m/s 的分子最多。
100°C时，速率在400 500 m/s 的分子最多。
3、100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大。
分子的热运动 剧烈
分子运动速率分布图像
③温度越高，分子热运动越剧烈
①在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
②当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。
注意：温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。
【特别提醒】
单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。
小试牛刀
1、某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中 f(v) 表示 v 处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则(　　)
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ　　　　
B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ
D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
B
小试牛刀
2、(多选)如图所示是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图,横坐标表示分子速率v,纵坐标表示速率v对应的分子数百分率,图线1、2对应的温度分别为t1、t2,由图可知(　　)
A.温度t1低于温度t2
B.图线中的峰值对应的横坐标数值为氧气分子平均速率
C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大
D.温度升高,氧气分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例减小
解析：温度越高,分子热运动越激烈,运动激烈是指速率大的分子所占的比例大,根据题图,图线2中速率大的分子所占比例大,对应温度高,图线1中速率大的分子所占比例小,对应温度低,故A正确。图线中的峰值对应的是该速率对应的分子数百分率的最大值,不表示分子的平均速率,故B错误。温度的影响是大量分子运动的统计规律,对个别的分子没有意义,所以温度升高,不是每一个氧气分子的速率都增大,故C错误。温度升高,氧气分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例减小,故D正确。
AD
想一想
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，那气体压强究竟是怎样产生的呢？
气体压强的微观解释
PART 03
气体压强的产生
01
大量气体分子频繁的作用在器壁单位面积上，产生的平均作用力。
持续均匀的压力
各方向的压强相同
大量雨点对伞的撞击，使伞受到持续的作用力
压强推导
选择一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。
气体分子受到的作用力为
根据牛顿第三定律，器壁受到的作用力为
演示实验
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。或许有人会问，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢
模拟气体压强产生的机理
类似于一个分子撞击容器壁的过程
模拟了气体分子连续不断的撞击容器壁产生了持续稳定的压强的过程
一颗豆子
多颗豆子
器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。
气体的压强
03
一个分子撞击容器壁的过程与之类似
一颗豆子
多颗豆子
对于单个分子来说，这种撞击是间断的、不均匀的
多数气体分子连续不断的撞击容器壁的过程与之类似
对于大量分子总的作用来说，就表现为连续的和均匀的。
器壁单位面积上受到的压力
决定气体压强大小的因素
04
⑴气体分子的密集程度
⑵气体分子的平均动能
【微观角度】
若容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。
若某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大。
即单位体积内气体分子的数目
气体分子的平均动能
气体分子的密集程度
温度T
体积V
(微观因素)
(宏观因素)
决定气体压强大小的因素
①与温度有关：温度越高，气体的压强越大；
②与体积有关：体积越小，气体的压强越大。
★注意：气体压强与大气压强不同
大气压强由重力而产生，随高度增大而减小。
气体压强是由大量分子撞击器壁产生的，大小不随高度而变化。
【宏观角度】
所以，气体压强P的大小与气体的体积V和温度T都有关。
小试牛刀
1、下面关于气体压强的说法正确的是（ ）
A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关
D．从宏观角度看，气体压强的大小只跟气体的温度有关

ABC
小试牛刀
2、封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时（　　）
BD
A.气体的密度增大
B. 气体的压强增大
C.气体分子的平均动能减小
D.气体分子每秒撞击单位面积器壁的数目增多
课堂总结
典例分析
PART 04
典例分析
1.（多选）氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是( )
A．图中两条曲线下面积相等
B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大
C．图中实线对应氧气分子在100 ℃时的情形
D．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子
AC
典例分析
2．下列关于气体压强的说法正确的是( )
A．大气压强与封闭气体的压强产生原因完全相同
B．容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等
C．等温压缩过程中，气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D．一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大
B
3．对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数，则( )
A．当体积减小时，N必定增加
B．当温度升高时，N必定增加
C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
典例分析
C
典例分析
4.在相同的外界环境中,两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气和氧气。若在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同,则下列说法正确的是 ( )
A.氢气的密度较大
B.氧气的密度较大
C.氢气的压强较大
D.两气体压强相等
C
解析：两集气瓶中气体的质量相同、体积相同,则两种气体的密度相同,故A、B错误;设摩尔质量为M,则分子数N= ,由于氢气分子的摩尔质量较小,则其分子数较多,相同温度下,氢气的压强更大,故C正确,D错误。
典例分析
5.正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量均为m,单位体积内粒子数量n为恒量。为简化问题,我们假定:粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力大小为f,则(　 )
A.一个粒子每与器壁碰撞一次,给器壁的冲量大小为I=mv
B.Δt时间内粒子给面积为S的器壁的冲量大小为
C.器壁单位面积所受粒子压力大小为f=
D.器壁所受的压强大小为
D
典例分析
分析：
【1】单位体积内撞击到每一个器壁面的粒子数为 n。
【2】粒子与器壁碰撞前后速度的变化量的大小为Δv=2v。
【3】粒子对器壁的压力、压强都是大量粒子对器壁频繁碰撞引起的。
思路点拨：
(1)粒子与器壁碰撞时,可以应用动量定理求出粒子给器壁的冲量,要注意选定正方向。
(2)可以认为Δt时间内碰撞面积为S的器壁的是一个柱状粒子流,该柱状粒子流的体积为V=SvΔt。
典例分析
解析：由题意,根据动量定理可知一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量大小是I=mv-(-mv)=2mv,故A错误;在Δt时间内碰撞在面积为S的容器壁上的粒子所占据的体积为V=SvΔt,因为粒子与器壁各面碰撞的机会均等,所以撞击到每一个器壁面的粒子数为N= nV= nSvΔt,则Δt时间内粒子给面积为S的器壁的冲量大小为I‘=NI= nSvΔt·2mv= nmSv2Δt,故B错误;根据冲量的定义可得面积为S的器壁所受粒子的压力大小为F= = nmv2S，所以器壁单位面积所受粒子压力大小为f= = nmv2,根据压强的定义可知器壁所受的压强大小在数值上等于器壁单位面积所受的压力大小,
故C错误,D正确。
第3节 分子运动速
率分布规律
人教版 选择性必修第三册

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